專利名稱：銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異種金屬焊接技術(shù)，具體涉及銅與不銹鋼異種金屬水接頭的焊接工藝方法。
背景技術(shù)：
銅與不銹鋼異種金屬水接頭，是超大型水輪發(fā)電機定子線圈的重 要組成部件，其制造質(zhì)量對電機的安全運行有著重要影響。
銅與不銹鋼異種金屬水接頭主要由紫銅L支撐、紫銅內(nèi)襯管、不 銹鋼水盒以及焊接釬料構(gòu)成。由于該水接頭結(jié)構(gòu)特殊、不銹鋼水盒需 要分別與紫銅內(nèi)襯管、紫銅L支撐進行異種金屬焊接，這兩種金屬材 料在物理性能、化學成分方面明顯不同，兩種金屬的熔點、導熱系數(shù) 及線膨脹系數(shù)差異較大，都為這種水接頭的制造帶來很大的工藝難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對制造超大型水輪發(fā)電機定子線圈的銅與不銹鋼水接頭存在的焊接工藝困難，提供一種符合ASME SecIX焊接標 準、滿足超大型水輪發(fā)電機定子線圈水接頭質(zhì)量設(shè)計制造要求、具有 方法可靠、焊接成品率高的銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工 藝。
超大型水輪發(fā)電機定子線圈的金屬水接頭，主要由不銹鋼水盒、 釬焊在不銹鋼水盒內(nèi)壁上的紫銅內(nèi)襯管、釬焊于不銹鋼水盒頂部端面上的紫銅L支撐組件構(gòu)成。該水接頭的釬焊包括不銹鋼水盒與紫銅 內(nèi)襯的焊接、不銹鋼水盒與紫銅L支撐的焊接。兩處釬縫焊前分別預置環(huán)狀絲和箔片狀銀銅鈀釬料。
銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工藝，包括以下步驟
第一步，加工水接頭各零部件，包括紫銅L支撐、紫銅內(nèi)襯管、 不銹鋼水盒，控制加工精度及相關(guān)部件的裝配間隙?？紤]到銅和不銹 鋼真空釬焊時熔點、導熱系數(shù)及線膨脹系數(shù)的差異，在配做不銹鋼水 盒與紫銅內(nèi)襯管時，保證其組裝間隙(直徑差)為0.04mm 0.14mm; 加工銅L支撐與不銹鋼水盒時，需保證L支撐的內(nèi)孔直徑與水盒頂部 外徑適配，并保證水平配合面的平面度，使其與箔片狀釬料組裝時接 觸部分緊密，無縫隙。
第二步，水接頭零部件的清洗。為確保水接頭釬焊質(zhì)量，焊前必 須經(jīng)化學清洗。先將水接頭零部件放入加有除油劑的清洗液中，加熱 進行超聲清洗l-2小時；然后在配置好的鉻酐和硫酸溶液中出光；最 后用冷水沖洗，丙酮浸泡，取出烘干待用。
第三步，水接頭的組裝。不銹鋼水盒與紫銅內(nèi)襯組裝間隙(直徑 差)為0.04mm 0.14mm，把符合間隙要求的紫銅內(nèi)襯管垂直放入不 銹鋼水盒中，在不銹鋼水盒頂部端面依次垂直套入箔片狀銀銅鈀釬 料、水接頭L支撐，保證接觸面貼合緊密，無縫隙。最后在不銹鋼水 盒內(nèi)表面與紫銅內(nèi)襯管之間放置環(huán)狀絲銀銅鈀釬料。
第四步，將組裝好的水接頭放入專用水接頭釬焊工裝(見圖5) 中。為保證紫銅L支撐與不銹鋼水盒的釬縫焊接質(zhì)量，在每個待焊水 接頭上表面(見圖4)放置合適大小的石英玻璃片及重物；
第五步，將水接頭隨工裝一起放入真空釬焊爐進行釬焊。將裝有 水接頭的工裝吊置于真空釬焊爐內(nèi)的均溫區(qū)，關(guān)上真空釬焊爐抽真 空，至真空度優(yōu)于lX10'2Pa時方可加熱。按照設(shè)定的水接頭釬焊過 程溫度曲線對水接頭進行釬焊，其過程如下1 )使真空釬焊爐線性升溫，用35分鐘使爐溫從室溫勻速升到650。C;
2)當爐溫達到65(TC后進行第一階段保溫20分鐘，使工件母材 及釬料的放氣過程能夠充分進行，便于以后高溫段釬焊爐可維持較高 的真空度；
3) 當?shù)谝浑A段保溫結(jié)束后進行快速升溫，在20分鐘內(nèi)將爐溫從 650℃勻速升到890℃;
4) 當爐溫達到890℃后進行第二階段保溫20分鐘，以便避免過 大的熱慣性，保證控溫精度；
5) 當?shù)诙A段保溫結(jié)束后，在15分鐘內(nèi)將爐溫從890℃勻速升 到970℃土10℃;
6) 當爐溫達到970℃土10℃后進行第三階段保溫5分鐘，以便 保證釬料擴散充分，并兼顧發(fā)熱體均溫區(qū)的差別；
7) 在第三階段保溫結(jié)束后，真空釬焊爐停止加熱，隨爐自然冷
卻；
8) 次日從真空釬焊爐中吊出工裝，取出水接頭；
9) 用超聲波自動檢測裝置，對銅與不銹鋼異種金屬水接頭釬焊 質(zhì)量進行驗收檢測。
為保證環(huán)狀絲銀銅鈀釬料安置牢靠，不致在釬焊過程中因意外干 擾而錯動位置，對不銹鋼水盒結(jié)構(gòu)進行改進水盒頂部結(jié)構(gòu)由內(nèi)倒角 改成直段加內(nèi)倒角(見圖2)。
為避免紫銅L支撐與不銹鋼水盒焊后出現(xiàn)溶蝕，將紫銅L支撐底 部距離a由46mm增加1 mm，使該支撐底部距離b為47mm(見圖1); 箔片狀銀銅鈀釬料由兩片分體式結(jié)構(gòu)改為整體式(見圖3)。
本發(fā)明采用的專用工裝具有如下結(jié)構(gòu)及優(yōu)點-
根據(jù)釬焊爐均溫區(qū)的尺寸，設(shè)計加工了專用工裝(見圖5)用以 擺放水接頭。工裝分三個擺放層，由周向均布的三根支撐桿隔離并起 支撐作用，層間高度由均溫區(qū)長度設(shè)定。每層(見圖6)均按水盒的 直徑由內(nèi)而外呈放射狀開孔，12個大孔用于放置水接頭，小孔保證抽 真空時氣流的暢通。三根吊裝桿與支撐桿焊為一體，頂部呈傘狀連接 便于吊裝。為了避免釬焊時的反復加熱變形，擺放層選用了足夠厚度 的4Cr25Ni20不銹鋼，以保證足夠的高溫強度。該工裝具有便于安置 和吊裝、高溫強度好、不易變形、可反復使用等優(yōu)點。
本發(fā)明提供的水接頭真空釬焊工藝方法具有如下突出優(yōu)點
在整個釬焊工藝過程采用了強規(guī)范(即升溫速度快，釬焊溫度高，保溫時間短)，因為溫度高有利于不銹鋼接頭表面鉻氧化物的分解； 升溫速度快和保溫時間短，可防止釬料沿銅母材側(cè)流失，并能減小銅 晶粒長大的傾向；釬焊后隨爐冷卻，冷速較慢，以免產(chǎn)生裂紋等缺陷。
本發(fā)明提供的水接頭真空釬焊工藝方法，解決了水接頭環(huán)縫未填 滿，溶蝕等技術(shù)難題，滿足了設(shè)計要求，具有方法可靠，生產(chǎn)效率高、 有效提高了產(chǎn)品合格率等突出優(yōu)點。


圖1為水接頭部件紫銅L支撐結(jié)構(gòu)改進示意圖，左圖為改進前結(jié) 構(gòu)圖，右圖為改進后結(jié)構(gòu)圖。
圖2為不銹鋼水盒結(jié)構(gòu)改進示意圖，左圖為改進前結(jié)構(gòu)圖，右圖 為改進后結(jié)構(gòu)圖。
圖3為箔片狀銀銅鈀釬料結(jié)構(gòu)改進示意圖，左圖為改進前結(jié)構(gòu)圖， 右圖為改進后結(jié)構(gòu)圖。
圖4為裝配好的水接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為水接頭釬焊工裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為水接頭工裝擺放層結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為水接頭釬焊過程的工藝溫度曲線圖。
圖中標記1一水接頭L支撐；2—石英玻璃片；3—重物；4一環(huán) 狀絲銀銅鈀釬料；5—箔片狀銀銅鈀釬料；6—不銹鋼水盒；7—襯管； 8—水接頭工裝吊裝桿；9一水接頭擺放層；IO—水接頭工裝支桿；11 一水接頭擺放位，a， b分別為改進前、后紫銅L支撐底部的距離。
具體實施例方式
實施例銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工藝，包括以下步驟
第一步，加工水接頭各零部件，包括紫銅L支撐、紫銅內(nèi)襯管、不銹鋼水盒，控制加工精度及相關(guān)部件的裝配間隙?？紤]到銅和不銹 鋼真空釬焊時熔點、導熱系數(shù)及線膨脹系數(shù)的差異，在配做不銹鋼水盒與紫銅內(nèi)襯管時，保證其組裝間隙(直徑差)為0.04mm-0.14mm;加工銅L支撐與不銹鋼水盒時，需保證L支撐的內(nèi)孔直徑與水盒頂部 外徑適配，并保證水平配合面的平面度，使其與箔片狀銀銅鈀釬料組 裝時接觸部分緊密，無縫隙。
第二步，水接頭零部件的清洗。為確保水接頭釬焊質(zhì)量，焊前必 須經(jīng)化學清洗，將滿足設(shè)計要求的水接頭各部件進行清洗
先將各部件分離放入超聲清洗機中，放入除油劑，并加熱進行超 聲清洗1-2小時；
然后將超聲清洗好的各部件，放入配置好的鉻酐和硫酸溶液中出
光；
最后用冷水沖洗10 15min，丙酮浸泡15 30min，烘干待用。 第三步，對水接頭部件進行組裝
不銹鋼水盒與紫銅內(nèi)襯組裝間隙(直徑差)為0.04mm — 0.14mm, 把符合間隙要求的紫銅內(nèi)襯管7垂直放入不銹鋼水盒6中，在水盒6 頂部端面依次垂直套入箔片狀銀銅鈀釬料5、水接頭L支撐1，保證 接觸面貼合緊密，無縫隙。最后在不銹鋼水盒6內(nèi)表面與紫銅內(nèi)襯管 7之間放置環(huán)狀絲銀銅鈀釬料4。
第四步，將組裝好后的水接頭放入專用水接頭釬焊工裝(見圖5) 中。為保證銅L支撐1與不銹鋼水合6的釬縫焊接質(zhì)量，在每個待焊 水接頭上表面(見圖4)放置合適大小的石英玻璃片2及重物3。
第五步，將水接頭隨工裝一起放入ZRML-350內(nèi)熱立式結(jié)構(gòu)的高 真空充氣兩用真空釬焊爐中進行釬焊，爐體采用鉬片加熱，工作真空 度為5X1(T3 Pa，均溫區(qū)尺寸為(D350X500 mm，采用FP21智能溫控 儀控制爐內(nèi)加熱、保溫及降溫過程。
將裝有水接頭的工裝吊置于真空釬焊爐內(nèi)的均溫區(qū)，關(guān)上真空釬 焊爐抽真空，至真空度優(yōu)于lX10'2Pa時方可加熱。當真空度優(yōu)于1 Xl(T2Pa時方可加熱。按照設(shè)定的水接頭釬焊過程溫度曲線對水接頭 進行真空釬焊，其過程如下
l)使真空釬焊爐線性升溫，用35分鐘使爐溫從室溫勻速升到650℃;
2) 當爐溫達到65(TC后進行第一階段保溫20分鐘，使工件母材 及釬料的放氣過程能夠充分進行，便于以后高溫段釬焊爐可維持較高 的真空度；
3) 當?shù)谝浑A段保溫結(jié)束后進行快速升溫，在20分鐘內(nèi)將爐溫從 650。C勻速升到890°C，；
4) 當爐溫達到890°(:后進行第二階段保溫20分鐘，以便避免過大的熱慣性，保證控溫精度；
5) 當?shù)诙A段保溫結(jié)束后，在15分鐘內(nèi)將爐溫從890。C勻速升 到970°C±10°C;
6) 當爐溫達到970。C士10。C后進行第三階段保溫5分鐘，以便 保證釬料擴散充分，并兼顧發(fā)熱體均溫區(qū)的差別；
7) 在第三階段保溫結(jié)束后，真空釬焊爐停止加熱，隨爐自然冷卻；
8) 次日從真空釬焊爐中吊出工裝，取出水接頭；
9) 用超聲波自動檢測裝置，對銅與不銹鋼異種金屬水接頭釬焊 質(zhì)量進行驗收檢測。
還可以對不銹鋼水盒結(jié)構(gòu)進行改進，將水盒頂部結(jié)構(gòu)由內(nèi)倒角改 成直段加內(nèi)倒角，以便保證環(huán)狀絲銀銅鈀釬料安置牢靠，不致在釬焊 過程中因意外干擾而錯動位置。
以及將紫銅L支撐底部距離a由原來的46mm增加1 mm，箔片 狀銀銅鈀釬料由兩片分體式結(jié)構(gòu)改為整體式，以便避免紫銅L支撐與 不銹鋼水盒焊后出現(xiàn)溶蝕。
在本方法中根據(jù)釬焊爐均溫區(qū)的尺寸，設(shè)計加工了專用工裝(見 圖5)用以擺放水接頭。工裝分三個擺放層，由周向均布的三根支撐 桿隔離并起支撐作用，層間高度由均溫區(qū)長度設(shè)定。每層(見圖6) 均按水盒的直徑由內(nèi)而外呈放射狀開孔，12個大孔用于放置水接頭， 小孔保證抽真空時氣流的暢通。三根吊裝桿與支撐桿焊為一體，頂部 呈傘狀連接便于吊裝。為了避免釬焊時的反復加熱變形，擺放層選用
了足夠厚度的4Cr25Ni20不銹鋼，以保證足夠的高溫強度。
權(quán)利要求
1、銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工藝方法，包括以下步驟第一步，加工水接頭各零部件，包括紫銅L支撐、紫銅內(nèi)襯管、不銹鋼水盒，控制加工精度及相關(guān)部件的裝配間隙；考慮到銅和不銹鋼真空釬焊時熔點、導熱系數(shù)及線膨脹系數(shù)的差異，在配做不銹鋼水盒與紫銅內(nèi)襯管時，保證其組裝間隙為0.04mm～0.14mm；加工銅L支撐與不銹鋼水盒時，需保證L支撐的內(nèi)孔直徑與水盒頂部外徑適配，并保證水平配合面的平面度，使其與箔片狀釬料組裝時接觸部分緊密，無縫隙；第二步，對水接頭零部件的清洗；為確保水接頭釬焊質(zhì)量，焊前必須經(jīng)化學清洗，先將水接頭零部件放入加有除油劑的清洗液中，加熱進行超聲清洗1-2小時，然后在配置好的鉻酐和硫酸溶液中出光，最后用冷水沖洗，丙酮浸泡，取出烘干待用；第三步，水接頭的組裝；不銹鋼水盒與紫銅內(nèi)襯組裝間隙為0.04mm～0.14mm，把符合該間隙要求的紫銅內(nèi)襯管垂直放入不銹鋼水盒中，在不銹鋼水盒頂部端面依次垂直套入箔片狀銀銅鈀釬料、水接頭L支撐，保證接觸面貼合緊密，無縫隙，最后在不銹鋼水盒內(nèi)表面與紫銅內(nèi)襯管之間放置環(huán)狀絲銀銅鈀釬料；第四步，將組裝好的水接頭放入專用水接頭釬焊工裝中，為保證紫銅L支撐與不銹鋼水盒的釬縫焊接質(zhì)量，在每個待焊水接頭上表面放置合適大小的石英玻璃片及重物；第五步，將水接頭隨工裝一起放入真空釬焊爐進行釬焊；將裝有水接頭的工裝吊置于真空釬焊爐內(nèi)的均溫區(qū)，關(guān)上真空釬焊爐抽真空，至真空度達到1×10-2Pa時方可加熱，并按照設(shè)定的水接頭釬焊過程溫度曲線對水接頭進行釬焊，其過程如下1)使真空釬焊爐線性升溫，用35分鐘使爐溫從室溫勻速升到650℃；2)當爐溫達到650℃后進行第一階段保溫20分鐘，使工件母材及釬料的放氣過程能夠充分進行，便于以后高溫段釬焊爐可維持較高的真空度；3)當?shù)谝浑A段保溫結(jié)束后進行快速升溫，在20分鐘內(nèi)將爐溫從650℃勻速升到890℃；4)當爐溫達到890℃后進行第二階段保溫20分鐘，以便避免過大的熱慣性，保證控溫精度；5)當?shù)诙A段保溫結(jié)束后，在15分鐘內(nèi)將爐溫從890℃勻速升到970℃±10℃；6)當爐溫達到970℃±10℃后進行第三階段保溫5分鐘，以便保證釬料擴散充分，并兼顧發(fā)熱體均溫區(qū)的差別；7)在第三階段保溫結(jié)束后，真空釬焊爐停止加熱，隨爐自然冷卻；8)次日從真空釬焊爐中吊出工裝，取出水接頭；9)用超聲波自動檢測裝置，對銅與不銹鋼異種金屬水接頭釬焊質(zhì)量進行驗收檢測。
2、 按照權(quán)利要求1所述的銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊 工藝方法，其特征在于對不銹鋼水盒結(jié)構(gòu)進行改進，將水盒頂部結(jié) 構(gòu)由內(nèi)倒角改成直段加內(nèi)倒角，以便保證環(huán)狀絲銀銅鈀釬料安置牢 靠，不致在釬焊過程中因意外干擾而錯動位置。
3、 按照權(quán)利要求1所述的銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊 工藝方法，其特征在于將紫銅L支撐底部距離a由46mm增加1 mm， 箔片狀銀銅鈀釬料由兩片分體式結(jié)構(gòu)改為整體式，以便避免紫銅L支 撐與不銹鋼水盒焊后出現(xiàn)溶蝕。
4、 按照權(quán)利要求1所述的銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊 工藝方法，其特征在于在真空釬焊過程中使用的專用水接頭釬焊工 裝，設(shè)有多個擺放層，由周邊均布的豎直支撐桿將各層隔離并起支撐 作用，擺放層間的高度由均溫區(qū)長度設(shè)定，每一擺放層均按水盒的直徑由內(nèi)而外呈放射狀開孔，12個大孔用于放置水接頭，小孔保證抽真 空時氣流的暢通，頂部吊裝桿與支撐桿焊為一體，工裝頂部呈傘狀連 接便于吊裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了銅與不銹鋼異種金屬水接頭真空釬焊工藝方法，包括加工水接頭各零部件，控制加工精度及部件裝配間隙；對水接頭零部件清洗；水接頭組裝及放入專用工裝中；將工裝放入真空釬焊爐中按下述釬焊工藝曲線進行釬焊1)用35分鐘使爐溫從室溫勻速升到650℃；2)接著保溫20分鐘；3)然后在20分鐘內(nèi)將爐溫勻速升到890℃；4)再保溫20分鐘；5)然后在15分鐘內(nèi)將爐溫勻速升到970℃±10℃；6)再保溫5分鐘；7)然后停止加熱自然冷卻；8)次日從工裝中取出水接頭；9)用超聲波自動檢測裝置進行驗收檢測。解決了水接頭環(huán)縫未填滿，溶蝕等技術(shù)難題，具有方法可靠、生產(chǎn)效率高、有效提高產(chǎn)品合格率等突出優(yōu)點。
文檔編號B23K1/008GK101200013SQ20071005067
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者俞德懷, 喻應(yīng)華, 楊燦湘, 樊寶全, 軍 王, 王世忠, 范永明, 山 高 申請人:中國核動力研究設(shè)計院